常見問題

磁性材料應(yīng)用入門

因?yàn)橐?KW，0.9MHz高頻焊接機(jī)，必須要接觸磁學(xué)，目前高頻焊接機(jī)已經(jīng)初步完成，故把磁學(xué)的基本概念總結(jié)一下，一為自己今后復(fù)習(xí)，二為做開關(guān)電源方面的朋友提供參考，理清思路。
磁學(xué)因?yàn)榇蠹医佑|的不多，不常用，所以相對(duì)比較陌生，往往局限于開關(guān)電源行業(yè)，并且大部分設(shè)計(jì)開關(guān)電源的以參考別的電路為主，很少有自己設(shè)計(jì)的，所以往往對(duì)其理論理解不深，此為其一。磁學(xué)有兩套單位，如MKS（米-千克-秒）和CGS（厘米-克-秒）兩套單位制度，國(guó)內(nèi)教學(xué)一般采用MKS制，但工程實(shí)際采用CGS值，并且名詞太多，比較混淆，此為其二。磁性材料種類較多，并且參數(shù)測(cè)量不方便，也少有儀器測(cè)量，比如磁導(dǎo)率、感應(yīng)磁感應(yīng)強(qiáng)度等，最容易的電感值，一般的萬用表也沒有，都需要用專用儀器，此為其三。以上這些，制約了磁學(xué)的普及推廣。
根據(jù)實(shí)際工程需要，我們一般需要了解這么幾個(gè)指標(biāo)
1、電感值，這個(gè)建議采用專業(yè)儀器直接測(cè)量，手持式的價(jià)格不貴
2、發(fā)熱損耗，這個(gè)建議用溫度槍來測(cè)量，價(jià)格也不貴，只要保證在工作范圍內(nèi)即可。
3、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，是不允許磁飽和的，否則此電感失效導(dǎo)致設(shè)備炸機(jī)，尤其是開關(guān)電源上，本文的核心就是為了獲取這個(gè)值。

本文基于CGS實(shí)用單位制，采用Gs（高斯）和Oe（奧斯特）為單位，討論的對(duì)象是均勻閉合類磁性材料，如磁環(huán)，E型變壓器。pi為圓周率
1、磁場(chǎng)的產(chǎn)生在實(shí)際中是基于閉合的電流，當(dāng)一個(gè)磁環(huán)在有外部閉合線圈時(shí)，那么這個(gè)線圈產(chǎn)生的激勵(lì)磁動(dòng)勢(shì)用mmf（等價(jià)于電場(chǎng)的電壓概念）表示：
mmf = 0.4π*NI，N指圈數(shù)，I是通過線圈的電流，這個(gè)是產(chǎn)生磁場(chǎng)的原動(dòng)力
2、因?yàn)閮?nèi)部微小電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)同步于外部，當(dāng)外部磁場(chǎng)撤銷的時(shí)候，內(nèi)部的磁場(chǎng)還存在形成一個(gè)同方向的閉合大磁場(chǎng)，需要足夠長(zhǎng)的時(shí)間才能被分子熱運(yùn)動(dòng)打亂，這
個(gè)就取決于不同的材料，可以分為軟磁性材料跟硬磁性材料，硬磁性材料當(dāng)外部電流撤銷后，內(nèi)部的磁場(chǎng)還長(zhǎng)期保留，形成了磁鐵。軟磁性材料一般當(dāng)外部磁場(chǎng)撤銷后內(nèi)部磁場(chǎng)也馬上消失，但這個(gè)也需要一個(gè)時(shí)間，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)間的存在，或者把內(nèi)部微小磁場(chǎng)與外部磁場(chǎng)同步需要時(shí)間，這個(gè)就產(chǎn)生了磁滯回路，也就是損耗，一般頻率越高，損耗越大。
3、具體磁場(chǎng)的大小也即磁場(chǎng)強(qiáng)度，受制于磁性材料的回路長(zhǎng)度：
H = mmf / L(奧斯特) 當(dāng)為磁環(huán)的時(shí)候，L = 2πR,R為磁環(huán)的半徑, 注意此處L單位為cm(厘米)
4、H是磁場(chǎng)的原動(dòng)力，當(dāng)碰到不同的材料，他們內(nèi)部的微型自閉合電流環(huán)會(huì)與外部的磁場(chǎng)方向一致，增強(qiáng)了其內(nèi)部的磁場(chǎng)，所以有了磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁導(dǎo)率μ
B = μ*H（Gs高斯）
1T（特斯拉） = 10000Gs（高斯）
5、真空中的μ= 1，其他的材料一般都大于1
6、綜合以上:
B = 0.2μ*N*I/R
只要計(jì)算出來這個(gè)值不超過材料的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值即可
7、μ和Bmax，一般磁性材料廠家可以提供，并且根據(jù)材料的分類，我們也可以大概的知道范圍：
硅鋼錳鋅鎳鋅鐵粉芯鐵硅鋁
應(yīng)用工頻 <1MHz >1MHz 高頻濾波高頻濾波
μ 1.5K 750~15K 15~1500 4~100 26~125
Bmax（T）1.5~1.8 0.3~0.5 0.3~0.5 0.5~1.4 1
8、材料說明
a、硅鋼片一般用于工頻變壓器及電機(jī)類設(shè)備，工作頻率在50Hz附近
b、錳鋅因?yàn)樾詢r(jià)比高，大量應(yīng)用于當(dāng)前的開關(guān)電源功率變化級(jí)上，根據(jù)不同的損耗頻率，可以細(xì)分很多級(jí)別，一般的講，μ越高損耗越大，所以越高頻率的u值越低。
c、鎳鋅跟錳鋅形成互補(bǔ)，一般用于較高的頻率上，因?yàn)榇笥?MHz，大量應(yīng)用于EMI器件，抗輻射干擾。鎳鋅的磁環(huán)基本上不導(dǎo)電，這個(gè)是最簡(jiǎn)單的區(qū)別錳鋅（錳鋅磁環(huán)導(dǎo)電）的地方。
d、鐵粉芯因?yàn)樾詢r(jià)比高，大量應(yīng)用于開關(guān)電源輸出濾波環(huán)節(jié)，這個(gè)往往帶有很強(qiáng)的直流分量而交流分量不大，采用鐵粉芯的低導(dǎo)磁率可以抗磁飽和。
e、鐵硅鋁價(jià)格較高，但性能是鐵粉芯的2倍，功能跟鐵粉芯一樣，往往替代鐵粉芯為了降低發(fā)熱量的。

上一個(gè)：如何確定運(yùn)用真空球閥的工況的工作溫度下一個(gè)：稀土和磁性材料是什么關(guān)系?